thiết kế máy cán uốn tole tạo sóng

Để tăng thêm độ cứng khi sử dụng làm tấm lợp, người ta phải tạo sóng cho tole, tuỳ theo nhu cầu sử sụng người ta tạo sóng cho tole là sóng thẳng, sóng tròn hay sóng ngói Các dạng tole c

MỞ ĐẦU

Ngày nay tole là loại vật tư rất quan trọng trong dân dụng, công nghiệp Nó được dùng làm tấm lợp bao che cho các công trình xây dựng như nhà ở, nhà xưởng, kho tàng, lán trại Và hiện nay nó là một loại vật liệu tối ưu dùng để thay thế cho các loại tấm lợp có nhiều nhược điểm về mặt môi trường và sức khỏe cho người sử dụng như tole ferocimen, ngói, nhựa PVC Với tấm lợp bằng kim loại (tole) còn có

ưu điểm làm giảm khối lượng khung sườn đáng kể, thời gian sử dụng lâu dài, tính thẩm mĩ cao

Trong khi đó nước ta đang có trên 75 triệu dân với một nền kinh tế đang trên đà phát triển, do vậy nhu cầu về tấm lợp trong xây dựng và công nghiệp rất cao, đặc biệt là tấm lợp bằng kim loại (tole) Nhưng do máy móc, thiết bị dùng để sản xuất tấm lợp bằng kim loại hầu như chúng ta đều phải nhập từ nước ngoài như : Nhật Bản, Đài Loan với giá thành rất cao Cho nên thiết kế chế tạo máy cán - uốn tole tạo sóng là điều hết sức cần thiết và có ý nghĩa thiết thực

Xuất phát từ những suy nghĩ phải góp phần cho việc phát triển công nghiệp nước nhà, hạ giá thành thiết bị và tạo một mặt hàng công nghiệp cho cả nước Em đã được thầy giáo, TS Nguyễn Văn Yến giao cho nhiệm vụ ‘’ THIẾT KẾ MÁY CÁN - UỐN TOLE TẠO SÓNG ’’

Nội dung bao gồm các phần sau:

- Giới thiệu các loại tấm lợp bằng kim loại (tole)

- Các loại máy cán - uốn tole tạo sóng

- Công nghệ cán - uốn tole tạo sóng

- Cơ sở của quá trình cán - uốn kim loại

- Phân tích và chọn phương án thiết kế máy

- Tính toán thiết kế máy

- Kết luận chung

CÁC LOẠI TOLE VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG TẤM LỢP1.1: GIỚI THIỆU VỀ TẤM LỢP:

Trong cuộc sống nhu cầu sử dụng các tấm lợp của con người ngày càng cao

do đó đòi hỏi các tấm lợp phải đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng của con người Trước đây hầu hết các tấm lợp được làm từ đất sét (ngói), phêroximăng, nhựa PVC những loại này có nhiều nhược điểm nên bây giờ ít được sử dụng Trong khi đó các loại tấm lợp bằng kim loại (tole) ngày càng được sử dụng nhiều vì nó có những ưu điểm sau :

+ Độ bền các tấm lợp cao hơn so với tấm lợp bằng phêroximăng, đất sét, nhựa PVC

+ Thời gian sử dụng lâu hơn, khả năng chống lại tác hại của môi trường cao hơn

+ Gọn nhẹ, có tính thẩm mĩ cao

+ Khó hư hỏng, khó thấm nước

+ Kết cấu sườn lợp gọn nhẹ, tiết kiệm được kết cấu khung sườn nhà

1.1.1 : Phân loại tole:

Tole có chiều dày từ 0,1 ÷ 1,0 mm, chiều rộng từ 830 ÷ 1060 mm, để tạo điều kiện cho việc vận chuyển phôi liệu dễ dàng, các nhà máy cán thép sản xuất ra tấm kim loại và cuộn lại thành cuộn lớn, với khối lượng 1 cuộn gần 5 tấn có chiều dày và chiều rộng nhất định Các loại tole cuộn này thường được nhập từ nước ngoài như BHP của Australia, POMINI của Italia, SMS của Đức, VAI của Aïo, NKK và KAWASAKI của Nhật, ANMAO của Đài Loan, Trung Quốc, Công Ty tole Phương Nam khu công nghiệp Biên Hoà Đồng Nai Các cuộn thép này đã có sẵn lớp bảo vệ chống ôxy hoá, như mạ kẽm, sơn màu Để tăng thêm độ cứng khi sử dụng làm tấm lợp, người ta phải tạo sóng cho tole, tuỳ theo nhu cầu sử sụng người ta tạo sóng cho tole là sóng thẳng, sóng tròn hay sóng ngói

Các dạng tole có sóng thường dùng là :

+ Tole sóng vuông

+ Tole sóng tròn

+ Tole sóng ngói

Các loại tole này thường có 5 sóng, 7 sóng, 9 sóng Làm mái thẳng, mái vòm, chiều dày thường 0.2, 0.28, 0.35, 0.4, 0.5, 0.75(mm)

a/ Tole sọng vuäng :

Hình 1.1 : Các dạng sóng tole thường dùng1.1.2 : Vật liệu dùng làm tole:

Có rất nhiều loại vật liệu khác nhau:

+ Loại bằng nhôm : Loại này đắt tiền, nhưng có ưu điểm là nhẹ, dẻo dễ cán, bền trong môi trường tự nhiên Nhược điểm là chịu lực kém, nên cũng ít sử dụng

+ Loại bằng thiết, kẽm : Loại này bền cao, có tính dẻo tốt nhưng giá thành cao + Loại bằng thép : Sử dụng thép carbon chất lượng trung bình với σb≤ 400 MPa Loại này kém bền trong môi trường không khí, dễ bị oxi hoá Để khắc phục hiện tượng trên, người ta thường mạ kẽm hoặc sơn tĩnh điện các cuộn phôi tấm

1.2 : CÁC LOẠI MÁY CÁN TOLE TẠO SÓNG

Cho đến nay hầu hết các loại máy cán tole sử dụng ở nước ta đều nhập ngoại, giá thành rất cao, trong khi đó đất nước ta còn khó khăn về kinh tế Do đó để đáp ứng nhu cầu về tấm lợp cho người sử dụng với giá thành hạ hơn so với các tấm lợp nhập ngoại, mà độ bền vẫn tương tự nhau

Hiện nay nước ta đã có một vài cơ sở đã tiến hành sản xuất ra các loại máy cán tole tạo sóng với giá thành thấp hơn nhiều so với máy nhập ngoại Do vậy sản phẩm tole cán có giá cả hợp lý, đáp ứng được thị hiếu và nhu cầu sử dụng, sản phẩm tiêu thụ với số lượng ngày càng nhiều hơn, rộng rãi hơn

Việc sản xuất ra các máy cán - uốn tole rẻ tiền, trang bị cho các khu vực còn thoả mãn được điều kiện vận chuyển Vì có những công trình xây dựng yêu cầu

được sản xuất sẵn, có chiều dài tới 1200 mét, khối lượng gần 5 tấn, được cuộn lại thành cuộn có đường kính < 1,2m nên dễ vận chuyển Và hiện nay trong nước ta có vài đơn vị sản xuất máy để cung cấp cho thị trường, tại Đà Nẵng có cơ sở sản xuất : công ty điện chiếu sáng Đà nẵng Các đơn vị này đã sản suất máy cán với giá máy cán chỉ khoảng 1/3 giá nhập ngoại Hơn thế trong thời gian gần đây các công ty chế tạo máy cán tole còn sản xuất ra các loại máy cán tole hai tầng với năng suất cao.1.3: THÔNG SỐ CÁC LOẠI SÓNG TOLE THƯỜNG DÙNG

1.3.1 : Đối với tole sóng vuông :

+ Tole khổ 914mm tạo tole 7 sóng

Diện tích hữu dụng là : 125×6 = 750(mm)

+ Tole khổ 1200mm tạo 9 sóng

Diện tích hữu dụng là : 125×8 = 1000(mm)

+ Biên dạng, các thông số tole sóng vuông như sau:

1.3.2 : Đối với tole sóng ngói :

+ Tole khổ 914mm tạo tole 5 sóng

Diện tích hữu dụng là : 190×4 = 760(mm)

+ Tole khổ 1200mm tạo tole 6 sóng

Diện tích hữu dụng là : 190×5 = 950(mm)

+ Biên dạng, các thông số tole sóng ngói như sau

1.3.3 : Đối với tole sóng tròn :

+ Chiều dài hiệu dụng : 74×10 = 740 (mm)

1.3.4 : Đối với tole vòng :

Loại tole này được cán lại vòng sau khi đã cán tạo sóng, quá trình tạo vòng là

do các khía được tạo trên hai lô cán Bán kính vòng được thay đổi bởi lô cán đầu ra

+ Tole khổ 914mm tạo tole 7 sóng

Diện tích hữu dụng là : 125×6 = 750(mm)

+ Tole khổ 1200mm tạo 9 sóng

Diện tích hữu dụng là : 125×8 = 1000(mm)

1.4 : QUAN SÁT BỀ MẶT CỦA CÁC LOẠI TẤM LỢP BẰNG KIM LOẠI

1.4.1 : Vật liệu và độ bền

Trước đây các tấm lợp mà sử dụng trong nước ta đếu từ nước ngoài đa số là của Mĩ, vật liệu làm chúng thường là bằng nhôm, thiết, thép dẻo Nên các tấm lợp

74

74×10 = 740(mm)

này có độ bền rất cao, chịu tác động của môi trường tốt, thời gian sử dụng rấtt lâu dài Đa số các tấm lợp này đều có dạng sóng tròn, sóng vuông chiều dài thường là 2.4, 3.0, 3.5(m) và chiều rộng thường là 0.8, 1.0, 1.2(m)

Trong thời gian sau này thì trên thị xuất hiện nhiều loại tấm lợp khác nhau cũng được nhập từ nhiều nước như Nhật, Đài Loan, Liên Xô cũ với nhiều loại, hình dáng, kích cở, màu sắc Nhưng vật liệu chế tạo các tấm lợp này không còn tốt như ngày xưa nữa, vì giá thành vật liệu đắt Nên người ta thường sử dụng thép có độ cứng cao hơn và được mạ lớp kẽm hay sơn phủ bảo vệ, do vậy mà độ bền cũng không thua kém gì so với tấm lợp bằng vật liệu tốt

Vì điều kiện khí hậu nước ta có độ ẩm cao, chịu mưa có hàm lượng axít nên các tấm lợp bằng kim loại được dùng thường bị oxi hoá bởi môi trường, nên bị hư hỏng chủ yếu là rét, rỉ

1.4.2: Tìm hiểu thị trường sử dụng các tấm lợp:

Hầu hết các tấm lợp được sử ngày nay đều làm bằng kim loại(thép), phổ biến là các tấm lợp có dạng sóng vuông, sóng tròn hay sóng ngói Trong khi đó công trình xây dựng ngày càng nhiều yêu cầu về bao che cao, độ thẩm mĩ, độ bền cao Nên tấm lợp bằng kim loại có thể đáp ứng được yêu cầu đó, nhưng các tấm lợp nhập ngoại thì có giá thành cao nên hầu hết các tấm lợp đều do ta chế tạo mà giá thành lại rẻ hơn nhiều, nên đáp ứng được mọi tầng lớp tiêu dùng của con người

1.4.3 : Quan sát bề mặt các tấm tole trước và sau khi cán :

*/ Trước khi cán :

Kim loại trước khi cán mềm hơn, không bị trầy xước, nứt tế vi Ta quan sát trên kính hiển vi và nhìn được hình dạng của chúng như sau :

Tấm mạ kẽm Tấm sơn phủ

Hình 1.2 : Hình dáng kim loại trước khi cán

*/ Sau khi cán tạo sóng :

Kim loại bi biến cứng, bề mặt bị trầy xước, xuất hiện vết nứt tế vi, đôi khi tấm lợp còn bị rách, đứt Ta quan sát trên kính hiển vi và thấy hình dạng của chúng như sau :

Hình 1.3 : Hình dáng kim loại sau khi cán

CHƯƠNG II

CÔNG NGHỆ CÁN TOLE TẠO SÓNG2.1 : YÊU CẦU CHUNG CỦA MÁY CÁN TOLE TẠO SÓNG :

Máy cán tole tạo sóng phải làm thay đổi kết cấu kim loại (phôi liệu) từ thép tấm phẳng thành biên dạng tole theo ý muốn, có thể là sóng vuông hay sóng ngói, thẳng hay cong

+ Máy làm việc phải cho hiệu quả và năng suất cao nhất, đảm bảo chất lượng tấm lợp là tốt nhất, phế phẩm là ít nhất

+ Các máy cán tole đều cán tole theo phương pháp cán nguội do vậy trục cán phải có độ cứng vững cao, có độ bóng cao

+ Số sóng trên 1 tấm tole thường dùng là :

- Tole 7 sóng

- Tole 9 sóng+ Tạo hình dáng tole ít gây sai số biên dạng, kích cỡ

+ Tấm lợp phục vụ cho nhu cầu che nắng, che mưa, trang trí nên yêu cầu tấm lợp về mùa nắng phải chịu được nhiệt độ do mặt trời chiếu vào Về mùa mưa thì phải giải quyết vấn đề thoát nước, tránh thấm nước Tole phải có độ bền thích hợp để tránh trường hợp gió mạnh làm hư hỏng, rách, đứt

2.2 : SƠ ĐỒ MÁY CÁN TOLE TẠO SÓNG :

Để tạo hình dáng sóng tole theo yêu cầu, thì ta có nhiều cách bố trí sơ đồ máy để cán Nhưng tuỳ theo từng trường hợp cụ thể mà ta có các hình thức bố trí sao cho hợp lý nhất, kinh tế nhất, chất lượng sản phẩm là tốt nhất Thông thường một máy cán tole có sơ đồ hoạt động của máy như sau:

*/ Nguyãn lyï hoảt âäüng :

Phôi cuộn 1 được đặt vào trục quay nhờ thiết bị cầu trục, tấm phôi phẳng được dẫn qua máng dẫn 2, qua dao cắt phẳng đi vào hệ thống trục và con lăn cán Sau khi ra khỏi hệ thống trục và con lăn cán thì tole đã được tạo sóng theo yêu cầu Dao cắt hình làm việc khi nào chiều dài tole cán bằng chiều dài yêu cầu, quá trình cắt chỉ thực hiện khi các lô cán dừng chuyển động Sau đó đưa sản phẩm tole cán ra băng chứa 9 Dao cắt phẳng cắt rời tole ra khỏi cuộn phôi kết thúc một quá trình hoạt động của máy.

Máy được dẫn động bằng một động cơ, thường đặt ở giữa, và truyền chuyển động về hai phía ( Hình 2-2 ) Với cách bố trí như vậy thì lực cán phân bố đều về hai phía nên kết cấu máy cứng vững, nhỏ gọn, tole cán biến dạng đều tạo chất lượng tốt cho sản phẩm tole cán

2.3 : CÁC PHƯƠNG PHÁP CẤP PHÔI CHO MÁY

Để cấp phôi cho máy cán, có thể cấp phôi bằng tay, cấp phôi bằng máy Tuỳ theo yêu cầu công việc, năng suất mà ta chọn phương pháp cấp phôi hợp lý.

Phôi sử dụng cho máy cán tole thường có hai dạng như sau :

- Phôi dạng tấm : Loại này ít sử dụng vì khi cần cấp liên tục thì phải lắp thiết bị cấp tự động và yêu cầu chiều dài tole cố định Nhưng khi yêu cầu tole cán có kích cở lớn, dài thì gây khó khăn cho việc bố trí phân xưởng nên loại này không có hiệu quả kinh tế

- Phôi dạng cuộn : Phôi loại này rất phù hợp cho máy cán vì ít chiếm diện tích sử dụng nhà xưởng, phôi có thể được cấp liên tục với chiều dài tuỳ ý Nhưng vì phôi cuộn có khối lượng lớn nên yêu cầu nhà xưởng phải bố trí các thiết bị nâng chuyển

Qua đó ta thấy phôi sử dụng cho máy cán tole dưới dạng cuộn là hợp lý hơn 2.4 : QÚA TRÌNH CÁN KIM LOẠI

+ Cán nguội là hình thức gia công kim loại ở nhiệt độ dưới nhiệt độ kết tinh lại, tức là gia công kim loại ở nhiệt độ thường (Tcan< Tktl ) Sản phẩm của thép cán nguội có chiều dày từ (0.08 ÷ 1.0 )mm Thậm chí với kim loại màu còn cho độ mỏng thấp (0.007 ÷ 1.0)mm và có cơ tính cao ( độ bền, độ cứng ), chất lượng bề mặt và độ chính xác cao

+ So với cán nóng, cán nguội có các đặc điểm sau :

- Quy trình công nghệ của cán nguội phức tạp hơn nhiều, nó bao gồm nhiều công đoạn từ chuẩn bị phôi cho tới tinh chỉnh và cần nhiều thiết bị phức tạp khác

- Do trở kháng biến dạng của kim loại ở trạng thái nguội lớn nên tiêu hao năng lượng lớn ( áp lực F, mômen cán M, công suất động

- Cán nguôi làm cho hạt kim loại bị vỡ vụn, mạng tinh thể bị xô lệch

do đó cơ tính kim loại tăng ( biến cứng ) Tuỳ theo mức độ tăng biến cứng của từng loại vật liệu mà mỗi kim loại chỉ có thể cán giảm chiều dày kim loại tới một mức độ nhất định Nếu ta tiếp tục cán tiếp thì sẽ sinh ra nứt, vỡ, rách tấm cán Để khắc phục tình trạng này ta tiến hành ủ trung gian nhằm phục hồi cơ tính ban đầu Tuy nhiên phải nằm trong một chiều dày nhất định mà máy có thể cán được

- Khi cán ứng suất sinh ra phải nhỏ hơn nhiều so với giới hạn bền cho phép của vật liệu trục

σtx<[σ]

- Để đạt chất lượng và cơ tính sản phẩm tấm cán nguội cao thì yêu cầu công nghệ phải được tiến hành với quy trình chặt chẽ, thiết bị phải tốt, vận hành máy có độ chính xác cao, rung động ít nhất

- Sản phẩm kim loại sau khi cán nguội có cơ tính, lý tính tăng lên là

vì khi cán nguội cơ, lý tính kim loại bị thay đổi, tổ chức kim loại trước khi biến dạng có dạng hạt nghĩa là kim loại có tính đẳng hướng ( mọi tính chất theo mọi phương là như nhau ) Nhưng sau khi biến dạng các hạt tinh thể bị vỡ vụn, kéo dài ra theo phương cán và có dạng thớ, sợi, kim loại có tính di hướng (tính chất kim loại theo các hướng khác nhau thì khác nhau)

a) b) Hình 2.3 : Sự thay đổi cấu trúc kim loại trước (a) và sau (b) biến dạng

khi cán

- Khi cán nguội số lượng khuyết tật tế vi trong cấu trúc tinh thể tăng, tỷ trọng của thép giảm đi, từ những yếu tố trên dẫn tới việc tăng độ bền (δB ), độ cứng (HB) còn độ dẻo (δ%) giảm đi

Hình 2.4 : Sự phụ thuộc cơ tính vào độ biến dạng Máy cán tole tạo sóng làm việc theo nguyên tắc cán nguội, do đó khi cán thì phải tiến hành qua nhiều bước nhất định Mỗi bước làm thay đổi một lượng nhất định và bước cuối cùng sẽ tạo hình dáng sản phẩm Do vậy các máy cán tole tạo sóng thường được bố trí nhiều trục cán và mỗi trục cán làm biến dạng một lượng nhất định để tạo thành sóng tole theo yêu cầu

2.5 : BIẾN DẠNG CỦA KIM LOẠI KHI CÁN

Bất kỳ một kim loại nào đều có một độ cứng nhất định, khi chịu tác dụng của ngoại lực thì xảy ra quá trình biến dạng gồm : Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ và ta có đồ thị mô tả như sau : (Hình 2-5)

Từ đồ thị kéo (Hình 2-2) ta thấy rằng :

+ Khi tải trọng đặt vào nhỏ : P < PP thì độ biến dạng ∆l tỷ lệ bậc nhất với tải trọng, khi bỏ tải trọng thì biến dạng mất đi Sự biến dạng như vậy gọi là biến dạng đàn hồi hay biến dạng tỷ lệ

+ Khi tải trọng đặt vào lớn cụ thể là P ≥ PC thì độ biến dạng ∆l tăng nhanh

HB

δB

δ%

s

đoạn đường OP nên cuối cùng mẫu sẽ bị dài thêm một đoạn Như vậy ngoài phần biến dạng đàn hồi còn có phần biến dạng dư hay còn gọi là biến dạng dẻo Với biểu đồ trên khi có tải trọng Pa mẫu bị dài thêm một đoạn là Oa’, nhưng khi bỏ tải trọng thì nó trở về theo đường song song với OP, cuối biến dạng dư hay dẻo là đoạn Oao, còn aoa ‘ là phần biến dạng đàn hồi đã bị mất.

+ Khi tải trọng đặt vào lớn hơn nữa, sau khi chịu được tải trọng cao nhất Pb , trong kim loại xảy ra biến dạng cục bộ Lúc đó tuy tải trọng tác dụng giảm đi mà biến dạng vẫn tăng, kim loại ở chổ biến dạng bị đứt và đi tới phá huỷ ở điểm d

( Độ giãn dài )

Hình 2.5 : Đồ thị kéo

2.5.1 : Sự trượt của tinh thể kim loại

Sự trượt là hình thức chủ yếu của biến dạng dẻo, một hình thức khác ít gặp hơn đó là song tinh

Trượt là sự chuyển dời tương đối giữa các phần tử của tinh thể theo những mặt và phương nhất định, gọi là mặt và phương trượt

cp

Pp

Pc

Pa

Pb

Đơn tinh thể Đơn tinh thể sau khi biến dạng

Hình 2.6 : Sơ đồ trượt tinh thể2.5.2 : Ứng suất gây ra trượt

Khác với biến dạng đàn hồi, chỉ có thành phần ứng suất tiếp trên mặt và phương trượt mới có tác dụng gây ra sự trượt Để mô tả ta có hình vẽ biểu diễn như sau :

Hình 2.7 : Sơ đồ biểu diễn lực

Mặt trượt

Từ hình vẽ ta thấy tinh thể bị kéo theo phương chiều trục với lực kéo P làm với pháp tuyến của mặt trượt một góc ϕ Chiếu P lên mặt phẳng trượt ta được phần tiếp tuyến với mặt trượt là Pτ = P×Sinϕ Phương trượt làm với Pτ một góc là λ, thành phần tiếp tuyến của lực P trên phương trượt sẽ là

Ptt = Pτ× Cosλ = P × Sinϕ× Cosλ (2 - 1) Giả sử mặt cắt ngang của tinh thể là Fo thì diện tích mặt trượt sẽ là :Cos F Oϕ

Vậy ứng suất tiếp τ trên mặt trượt sẽ là :

O

O O

tt tt tt

F

Cos Sin

P

F

Cos Cos

Sin P Cos

F

Cos P f P

λϕ

τ

ϕλ

ϕϕ

λτ

1

(2-2)

+ Khi ϕ = 00 hay ϕ = 900 thì Sin2ϕ = 0 nên τ = 0, sự trượt không xảy ra

+ Khi ϕ = 450 thì Sin2ϕ = 1 nên τ = max, lúc này khả năng xảy ra sự trượt là lớn nhất

2.5.3 : Hình thái trượt

Hình 2.8 : Sơ đồ hình thái trượtĐầu tiên sự trượt xảy ra ở hệ mà tại đó ứng suất tiếp là lớn nhất τMax, ứng với

ϕ = 450 Các mặt trượt dịch chuyển đi tương đối với nhau một khoảng nhất định thì

Mặt trượt

dừng lại, cách nhau một khoảng nhất định Vì vậy trong nhiều trường hợp, sau khi kéo đơn tinh thể có dạng như chuổi xếp nghiêng Sau khi trượt thấy có biến dạng dư, có thể coi nó như là tổng các bậc thang của các mặt trượt thoát ra trên bề mặt.

2.5.4 : Song tinh

Khi chịu tác dụng của ứng suất tiếp τ trong tinh thể có sự chuyển động tương đối của các mặt phân tử này so với mặt phân tử khác Và kết quả của sự chuyển dịch đó là sự đối xứng giữa hai bộ phận qua một mặt phẳng cố định gọi là mặt song tinh

+ Nguyên tử trên các mặt trượt xê dịch với nhau một khoảng tỷ lệ thuận với khoảng cách từ mặt đó tới mặt song tinh

+ Song tinh xảy ra đột ngột chứ không từ từ như quá trình trượt do đó tải trọng va đập tạo ra nhiều song tinh hơn là tải trọng thường

+ Song tinh thường xảy ra ở nơi tập trung ứng suất và trước khi bị phá huỷ Bên cạnh đó quá trình song tinh còn tạo điều kiện cho mặt trượt ở vào vị thuận lợi nhất, giúp cho quá trình biến dạng xảy ra dễ dàng

Hình 2.9 : Hình dáng mặt song tinh

2.5.5 : Hiện tượng xảy ra sau biến dạng dẻo

Như đã trình bày, sau khi biến dạng dẻo kim loại bị biến cứng, mạng tinh thể bị xô lệch với mật độ lệch cao, tồn tại ứng suất bên trong do đó nó ở trạng thái không cân bằng với năng lượng dự trữ cao và có su hướng trở về trạng thái cân bằng Với đa số kim loại quá trình này xảy ra rất chậm ở nhiệt độ thường Trong quá trình biến dạng dẻo sinh ra các hiện tượng sau :

+ Thay đổi hình dạng của đơn tinh thể

* Trước khi biến dạng tinh thể có dạng hình cầu.

* Sau biến dạng các tinh thể bị vặn vẹo, kéo dài ra thành thớ

+ Hướng của đa tinh thể thay đổi từ vô hướng quay về hướng của lực tác dụng do đó tinh thể bị kéo dài theo hướng đó

Hình 2.10 :Hướng tinh thể khi bị biến dạngBên cạnh đó nó còn gây nên ứng suất dư do biến dạng không đều cùng lúc và biến dạng trong nội bộ hạt tinh thể không đều Có 3 loại ứng suất dư tồn tại sau biến dạng là:

+ Ứng suất sinh ra giữa các bộ phận của vật thể δ1

+ Ứng suất sinh ra giữa các hạt của vật thể δ2

+ Ứng suất sinh ra trong nội bộ của hạt tinh thể δ3

Các ứng suất này có thể tồn tại và là nguyên nhân làm cho vật thể kim loại bị cong vênh, nứt nẽ sau khi bị biến dạng

2.6 : QUÁ TRÌNH UỐN KIM LOẠI

2.6.1: Khái niệm :

Uốn là một trong những nguyên công thường gặp nhất trong công nghệ dập nguội, uốn tức là biến phôi phẳng (tấm), tròn, dây hay ống thành những chi tiết có hình cong hay gấp khúc, hình dạng khác

Phụ thuộc vào hình dáng và kích thước vật uốn, dạng phôi ban đầu, đặc tính của quá trình uốn trong khuôn, uốn có thể tiến hành trên máy ép lệch tâm, ma sát hay thuỷ lực, đôi khi có thể tiến hành trên các dụng cụ uốn bằng tay hoặc trên các máy chuyên dùng

2.6.2 : Đặc điểm của quá trình uốn

Đặc điểm của quá trình uốn kim loại là khi uốn các kim loại tấm để đạt được những chi tiết có kích thước và hình dạng cần thiết, người ta nhận thấy rằng với tỷ số chiều rộng và chiều dày của phôi khác nhau, với mức độ biến dạng khác nhau ( tỷ số giữa bán kính uốn và chiều dày vật liệu khác nhau ) và giá trị góc uốn khác nhau thì quá trình biến dạng xảy ra tại vùng uốn cũng có những đặt điểm khác nhau

- Tại vùng uốn các thớ ngang vẫn phẳng và vuông góc với trục phôi

- Các thớ dọc bị biến dạng khác nhau ở hai phía của phôi, các lớp kim loại ở phía trong góc uốn ( phía bán kính nhỏ ) thì bị nén và co ngắn theo hướng dọc đồng thời bị kéo và giãn dài theo hướng ngang Các lớp kim loại ở phía ngoài góc uốn ( phía bán kính lớn ) thì bị kéo và giãn dài theo hướng dọc và đồng thời bị nén và co ngắn theo hướng ngang, tạo thành độ cong ngang

- Khi uốn những dải phôi rộng ( b>2S), chiều dày vật liệu giảm, mặt cắt ngang của phôi bị thay đổi không đáng kể, có thể coi như không đổi bởi vì trở lực biến dạng của vật liệu có chiều rộng lớn chống lại sự biến dạng theo hướng ngang Khi đó các lớp kim loại

ở phía trong góc uốn chỉ bị nén và co ngắn theo hướng dọc còn các lớp kim loại ở phía ngoài góc uốn chỉ bị kéo và giãn dài theo hướng dọc

- Khi uốn với mức độ biến dạng lớn, các lớp kim loại ở phía ngoài phôi bị kéo và giãn dài đáng kể, dễ gây ra hiện tượng nứt, gẫy Vì vậy khi cắt phôi uốn cần phải chú ý bố trí sao cho đường uốn vuông góc với thớ cán của phôi, tránh để đường uốn song song với thớ cán

+ Tại vùng uốn có những lớp kim loại bị nén và co ngắn lại đồng thời có những lớp kim loại bị kéo và giãn dài theo hướng dọc vì vậy giữa các lớp đó thế nào cũng tồn tại một lớp có chiều dài bằng chiều dài ban đầu của phôi Lớp này gọi là lớp trung hoà biến dạng Lớp trung hoà biến dạng là cơ sở tốt nhất để xác định kích

a)

b)

Hình 2-11 : a) Trước khi uốn; b) Sau khi uốn+ Khi uốn với bán kính uốn lớn, mức độ biến dạng ít, vị trí lớp trung hoà biến dạng nằm ở giữa chiều dày của dải phôi Nghĩa là bán kính cong Rbd củalớp trung hoà được xác định theo công thức sau :

Trong đó :

r : Bán kính uốn

S : Chiều dày vật liệu

Hình 2- 12 : Bán kính cong của lớp trung hoà

b

S

+ Khi uốn với mức độ biến dạng lớn thì tiết diện ngang của phôi thay đổi nhiều, chiều dày vật liệu giảm Khi đó lớp trung hoà biến dạng không đi qua giữa mà bị dịch về phía tâm cong, ở đây bán kính cong lớp trung hoà được xác định như sau :

b

b S S

r

2( +ξ ξ

Trong đó : ξ = S1/S : Hệ số giảm chiều dài

S1 : Chiều dày trước khi uốn

S : Chiều dày sau khi uốn

r : Bán kính uốn

b : Chiều rộng ban đầu của dải

btb : Chiều rộng trung bình sau khi uốn

btb =1/2(b1+b2)

b1, b2 : Chiều rộng phía trên và phía dưới dải sau khi uốnKhi chiều rộng của dải lớn thì tỷ số : btb/b = 1, lúc đó:

S S

r

R bd )

2( +ξ ξ

2.6.3 : Bán kính uốn lớn nhất và bán kính uốn nhỏ nhất cho phép:

Quá trình uốn bán kính uốn phía trong được quy định trong một giới hạn nhất định nếu quá lớn vật uốn sẽ không có khả năng giữ được hình dáng sau khi thôi tác dụng lực (ra khỏi khuôn) vì chưa đạt đến trạng thái biến dạng dẻo Còn khi bán kính uốn

quá nhỏ có thể làm nứt, đứt vật liệu tại tiết diện uốn Do vậy ta có bán kính uốn như thế nào là hợp lý.

+ Bán kính uốn lớn nhất cho phép được xác định theo công thức :

C

S E r

E : Môđun đàn hồi vật liệu khi kéo (kG/mm2)

σC : Giới hạn chảy của vật liệu (kG/mm2)

S : Chiều dày vật liệu+ Bán kính uốn nhỏ nhất cho phép là giá trị bán kính uốn giới hạn có thể uốn được đối với mỗi loại vật liệu Được quy định theo mức độ biến dạng cho phép

ở lớp ngoài cùng và được xác định theo công thức :

)1

1(

Trong đó : εmax : Độ giãn dài tương đối của vật liệu (%)

Trong thực tế bán kính uốn nhỏ nhất cho phép được xác định theo công thức thực nghiệm đơn giản hơn :

Trong đó : K : Là hệ số

S : Chiều dày vật liệu (mm)Hệ số k để xác định bán kính uốn nhỏ nhất cho phép đối với góc uốn 900, xem bảng [2-2]

+ Các yếu tố ảnh hưởng đến trị số bán kính uốn

- Cơ tính của vật liệu và trạng thái nhiệt luyện : Nếu vật liệu có tính dẻo tốt và đã qua ủ mềm thì rmin có trị số nhỏ hơn so với khi đã qua biến dạng

- Ảnh hưởng của góc uốn : Cùng một bán kính uốn như nhau nếu

Ảnh hưởng của tình trạng mặt cắt vật liệu : Khi cắt phôi uốn trên mặt cắt có nhiều bavia hoặc nhiều vết nứt thì khi uốn sẽ sinh ra ứng lực tập trung và tại những nơi đó dễ sinh ra vết nứt, bởi vậy cần phải tăng trị số rmin lên.

[Bảng 2 - 2]TRẠNG THÁI VẬT LIỆU

Vuông góc hướng cán

Dọc hướng cán

Vuông góc hướng cán

Dọc hướng cán

2.6.4 Tính đàn hồi khi uốn :

Như ta đã biết khi uốn kim loại không phải toàn bộ phần kim loại ở phần cung uốn đều chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn ở biến dạng đàn hồi Vì vậy khi thôi không còn tác dụng của lực uốn thì vật uốn không hoàn toàn giữ nguyên như hình dáng của chày và cối uốn, và đó gọi là hiện tượng đàn hồi sau khi uốn

Hiện tượng đàn hồi thường gây ra sai lệch về góc uốn và bán kính uốn vì vậy muốn cho chi tiết có góc uốn và bán kính uốn đã cho thì ta phải làm bán kính và góc của khuôn và chày thay đổi một lượng đúng bằng trị số đàn hồi

Bằng thực nghiệm người ta đã xác định được trị số đàn hồi phụ thuộc chủ yếu vào loại vật liệu và chiều dày vật liệu, hình dáng chi tiết uốn, bán kính chi tiết uốn tương đối r/S, lực uốn và phương pháp uốn

Khi giới hạn chảy càng cao, tỷ số r/S càng lớn và chiều dày vật liệu càng nhỏ thì hiện tượng đàn hồi càng lớn

Khi uốn với tỷ số r/S < 10 thì sai lệch chủ yếu là góc uốn, còn bán kính uốn thay đổi không đáng kể Trị số góc đàn hồi cho sẵn trong sổ tay.

Khi uốn với tỷ số r/S > 10 thì sau khi uốn cả góc uốn và bán kính uốn đều bị thay đổi Khi đó bán kính cong của chày được xác định bằng công thức sau

o chay

k

r r

31

E : Môđun đàn hồi vật liệu

S : Chiều dày vật liệu

- Góc đàn hồi β được xác định theo công thức sau :

)1).(

180(

, 0

α0 :Góc của chi tiết( sau biến dạng đàn hồi)

Hình 2-13 : Góc đàn hồi β sau khi uốn

Góc đàn hồi được xác lập bởi hiệu số giữa góc của vật uốn sau khi uốn và góc của chày cối uốn

Trong đó : α : Góc của chày và cối uốn (độ)

α

α0: Góc của vật uốn khi chưa thôi lực uốn (độ) Góc đàn hồi β khi uốn góc 900 [Bảng 2 - 3]

Tỷ số CHIỀU DÀY VẬT LIỆU (mm)

Khi :

r/S > 4 thì ρ = r + 0.5S r/S = 1 thì ρ = r + 0.4STrong đó :

r : Bán kính uốn trong

ρ : Bán kính lớp trung hoà

R : Bán kính uốn ngoài

Hình 2-14 : Sơ đồ quá trình uốn Trong quá trình uốn thì khi thôi lực tác dụng thì nó tồn tại lực đàn hồi nên góc uốn lớn ra, và góc đàn hồi từ 0 ÷ 10o và lực uốn là :

S r

S B

B : Chiều rộng của phôi

S : Bề dày của phôi

σU : Giới hạn bền vật liệu

r : Bán kính trong2.7 : DAO CẮT VÀ PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG DAO CẮT

ρP

B

b) Giai đoạn biến dạng dẻo : Giai đoạn biến dạng dẻo phát triển ngay tại máp cắt của dao có sự tập trung ứng suất, dao cắt tiếp tục đi xuống làm cho ứng lực cắt tăng lên vượt qua điểm tới hạn, kim loại bị biến dạng dẻo cho đến khi bắt đầu xuất hiện các vết nứt tế vi tại mép cắt của dao trên và dao dưới (hình 2 - 15b).

c) Giai đoạn phá huỷ : Khi ứng lực cắt gần đến điểm giới hạn bền, các vết nứt xuất hiện từ mép cắt của dao, tiến sâu vào vật liệu cho tới khi gặp nhau và làm đứt rời kim loại hoàn toàn (hình 2 - 15c)

Hình 2 - 15 : Quá trình cắt đứt vật liệuTrong đó : 1: Lưỡi cắt trên 2 : Phôi cắt

3: Lưỡi dao dưới 4 : Tấm chặn phôi Nếu vết nứt từ 2 phía gặp nhau trên cùng một mặt phẳng thì mặt cắt sẽ thẳng đẹp, không có bavia, nếu gặp lệch sẽ tạo nên chất lượng mặt cắt xấu (xù xì, bavia) bởi vậy việc khống chế khe hở giữa 2 lưỡi cắt và độ sắc cạnh của nó ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng mặt cắt Do vậy cần phải khống chế khe hở dao như thế nào để sản phẩm cắt đẹp nhất

Quan sát một chi tiết cắt ta thấy rõ có 3 vùng như hình vẽ sau :

1

234

P

IIIIII

Vùng I : Kim loại bị uốn nhẹ và có bán kính lượn nhỏ với mặt chi tiết

Vùng II : Mặt cắt sạch tạo thành một dải sáng

Vùng III : Mặt cắt xù xì không bằng phẳng và có màu sáng đục, chất lượng mặt cắt phụ thuộc rất nhiều vào khe hở dao

2.7.2 : Xác định khe hở dao ( Z ) :

- Khe hở hợp lý (chọn đúng trị số) thì vết nứt ở hai phía sẽ gặp nhau theo đường thẳng và chất lượng vết cắt là tốt nhất

- Nếu khe hở quá nhỏ hay khe hở quá lớn thì làm 2 vết nứt không trùng nhau dẫn tới chất lượng vết cắt sấu

Trị số khe hở Z phụ thuộc chủ yếu vào tính chất và bề dày S vật liệu, số hành trình đầu trượt, vật liệu càng mềm, càng mỏng thì khe hở càng nhỏ

Trị số giới hạn khe hở Z ban đầu khi chế tạo khuôn cắt hình và đột lỗ khe hở về hai phía(mm)

13

2

[Bảng 2 - 4]Chiều dày

vật liệu

Trị số khe hở ban đầu

Z

Chiều dàyvật liệu

Trị số khe hở ban đầu

0.220.250.280.32

8.09.01011

1.31.51.82.1

1.601.802.202.50

2.7.3 : Các loại máy cắt sản phẩm:

2.7.3.1 : Máy cắt dao thẳng song song :

Máy cắt này dùng để cắt các loại phôi và sản phẩm có tiết diện hình vuông, chữ nhật, hình tròn

Máy này thường đặt sau máy cán phôi, cán hình Máy có thể cắt phân đoạn khi quá dài, máy có lưỡi cắt đặt song song, khi làm việc mặt phẳng chuyển động của dao luôn luôn không đổi

H : Chiều cao vận hành

S : Chiều cao lưỡi cắt

δ : Chiều dày lưỡi cắt (S/δ = 2.5 ÷ 3.0)

h : Chiều dày vật cắt

∆ : Độ trùng dao ∆ = (10 ÷ 20) mm2.7.3.1.1 : Máy cắt dao thẳng song song có dao trên di động

Nguyên lý làm việc như sau :

Khi vật cán đúng vào cữ cắt, bàn kẹp kẹp chặt vật cắt, dao dưới 3 đúng yên, dao trên 2 gắn vào bàn trượt di động xuống và quá trình cắt được diễn ra Sau khi cắt xong dao trên đi lên lại và kết thúc quá trình cắt Dao trên và bàn trượt di chuyển lên xuống nhờ cơ cấu thuỷ lực, cơ cấu cam, trục khuỷ thanh truyền

Nhược điểm của loại này là sản phẩm có nhiều ba via, bị xước, kết cấu máy cồng kềnh

δ

h

∆

H

Hình 2-18 : Máy cắt song song dao trên di độngChú thích :

1 : Cữ bàn kẹp 2 : Dao trên di động

3 : Dao dưới cố định 4 : Bàn đỡ sản phẩm

5 : Sản phẩm 6 : Đối trọng

7 : Bản lề2.7.3.1.2 : Máy cắt dao thẳng song song có dao dưới di động

Hình 2-19 : Máy cắt song song dao dưới di động

P

21

3

4

7

Chú thích :

1 : Cữ bàn kẹp 2 : Dao trên cố định

3 : Dao dưới di động 4 : Lưỡi dao trên

5 : Lưỡi dao dưới 6 : Các con lăn

7 : Sản phẩm2.7.3.1.3 : Phương pháp xác định lực cắt

Ngày nay các máy cắt được chế tạo theo tiêu chuẩn, chúng ta chỉ việc trang bị sao cho đồng bộ với máy cán và sản phẩm cần cắt sau khi đã tính toán và thiết kế đầy đủ Tuy vậy khi thiết kế máy mới hay khi thay đổi sản phẩm cắt thì ta phải tính lại lực cắt sao cho máy làm việc đảm bảo, an toàn nhất

Quá trình cắt vật liệu chia ra làm 3 thời kỳ, dù quá trình cắt xảy ra trong nháy mắt, các thời kỳ đó là:

- Thời kỳ cặp

- Thời kỳ cắt

- Thời kỳ đứta) Thời kỳ cặp ( Hình 2-20) : Là thời kỳ lưỡi dao ăn vào kim loại, lúc này lực cắt của dao từ từ tăng lên ( P tăng tư 0 tới max ) Để đặc trưng cho độ nhanh chậm của quá trình này người ta đưa ra thông số tỷ số chiều sâu căt tương đối ε1

Trong đó :

Z1 : Chiều sâu kim loại được cắt đứt

h : Chiều dày vật cắtb) Thời kỳ cắt (Hình 2-21) : Đây là thời kỳ mà lực cắt giảm dần xuống theo tiết diện của vật cắt P giảm từ max xuống Pcat

c)Thời kỳ đứt :Đây là thời kỳ kim loại tự đứt Để đặt trung cho mức độ nhanh chậm của quá trình đứt, người ta đưa ra khái niệm độ sâu đứt tương đối ε2 và được đặt trưng bởi tỷ số sau :

ε2 = Z2/hTrong đó :

Z2 : Chiều sâu kim loại ở cuối hành trình cắt đứt

h : Chiều dày vật cắt

Hình 2- 20 : Thời kỳ cặp

Hình 2- 21 : Thời kỳ cắtTrong thực tế người ta thấy rằng lực cắt lớn nhất (Pmax) là ở cuối thời kỳ cặp và ở đầu thời kỳ cắt và được tính theo công thức sau:

Pmax = τmax×F = K1×σb×F (2- 15)Trong đó :

K1 = max =0.6÷0.7

b

στ

K1 = 0.6 đối với thép cứng

K1 = 0.7 đối với thép mềm

F : Diện tích tiết diện được cắt

1 max =K K K b hσb −ε

Trong đó :

K2 : Là hệ số kể tới sự tăng lực khi dao bị cùn

K2 = (1.1÷1.2 ) cho dao cắt nóng

K2 = (1.15÷1.25 ) cho dao cắt nguội

K3 : Là hệ số kể tới sự ảnh hưởng khe hở của lưỡi dao

K3 = (1.15÷1.25 ) cho dao cắt nóng

K3 = (1.2÷1.3 ) cho dao cắt nguội

b, h: Chiều rộng và chiều dày vật cắt

σb : Giới hạn bền vật liệu

T : Lực trượt ngược chiều với P

ε1,ε2 : Tra bảng sau

[ Bảng 2- 5 ]Kim loại đem cắt Trạng thái nóng Trạng thái nguội

0.75÷1.000.75÷0.950.70÷0.950.65÷0.900.70÷0.800.65÷0.700.950.700.50

0.300.250.200.200.350.150.300.200.15

0.50.35÷0.450.30÷0.400.25÷0.300.450.300.450.400.25

Hình 2- 22 : Biểu đồ biểu diễn lực cắt thực nghiệm (A) và theo đường lý thuyết (B)2.7.3.1.4 : Một số máy cắt dao thẳng song song hay dùng :

a) Máy cắt kiểu trục lệch tâm:( Trục khuỷu - Thanh truyền ) Hình 23)

(2-Chú thích :

G : Điểm chết trên

A : Điểm chết dưới

S : Chiều dài hành trình trượt

L : Chiều dài thanh truyền

N : Lực tác dụng lên thanh truyền

P : Lực cắt b) Máy cắt dao thẳng song song có trục dưới di động dùng cơ cấu kẹp cơ khí và thuỷ lực:

- Loại này dùng kẹp phôi thỏi, phôi tấm, dùng cơ cấu thuỷ lực vừa

êm lại dễ điều khiển

- Về nguyên lý vận hành, sơ đồ động học, cấu tạo giống như máy trục khuỷu - thanh truyền

εx

Hình 2-23 : Máy cắt trục khuỷu2.7.3.2 : Máy cắt đĩa :

a) Công dụng : Máy cắt đĩa dùng để cắt viền, cắt mép những băng thép có chiều rộng lớn, cắt những tấm thép có kích thước nhất định theo tiêu chuẩn (Hình 2- 24)

Chú thích :

1 : Lưỡi cắt trên

2 : Phôi

3 : Lưỡi cắt dướih: độ trùng dao

N

N

AC

GG

A

PA

G’

β : Góc trước

β = (1 ÷ 1030,)b) Xác định thông số dao :

- Đường kính dao D :

))(

(

2cos

δ

(2- 18)

Hình 2-24 : Máy cắt đĩa2.7.3.3 : Máy cắt dao nghiêng :

a) Công dụng : Dùng để cắt thép tấm ở trạng thái nóng và nguội

Q

B 1

4

α

5

Hình 2 - 25 : Dao cắt nghiêng

Chú thích :

1 : Lưỡi dao trên

2 : Lưỡi dao dưới

3 : Bộ phận gá dao dưới